Le potassium est le principal cation intracellulaire. En effet, 98% du potassium est situé dans le compartiment intracellulaire (et la majorité concerne la cellule musculaire squelettique). Cela permet la mise en place d'un très fort gradient de concentration entre les compartiments extracellulaires et intracellulaires, ce qui explique que la concentration extracellulaire (la kaliémie) est très finement régulée.
Ce gradient est entretenu par deux systèmes : un système interne (les pompes Na-K-ATPase) et un système externe (le tube digestif et le rein).
Système de régulation interne
La pompe Na-K-ATPase, aussi appelée pompe sodium-potassium, est une protéine transmembranaire qui exporte vers le milieu extracellulaire 3 molécules de Na+ et importe 2 molécules de K+. Comme cette pompe agit contre le gradient de concentration, elle nécessite l'utilisation d'énergie, sous forme d'ATP.
Cette protéine consomme, à elle seule, 20 % de l'ATP des astrocytes (cellules gliales nerveuses).
Elle permet de maintenir, ou de rétablir, le potentiel de repos des cellules qui se dépolarisent en potentiels d'actions (les cellules musculaires et nerveuses). Elle joue donc un rôle tout à fait fondamental dans le maintien du potentiel de membrane, et donc dans le fonctionnement du cerveau, du cœur et des autres muscles.
Système de régulation externe
Le système de régulation externe du potassium repose essentiellement sur l'aldostérone, dépendant du système Rénine - Angiotensine - Aldostérone.
Le rein filtre entre 600 et 850 mmol par jour de potassium. La quasi-totalité de ce dernier (95%) est réabsorbé passivement par le tube proximal et l’anse de Henlé. Les 5% restants sont réabsorbés, ou pas, dans le canal collecteur : c'est sur ces 5% que repose la régulation rénale du potassium (via les canaux ROMK).
Il existe, par ailleurs, un système dit de "feed forward" (ou réflexe kaliurétique) dans le tube digestif.
